氧化锌的用途

概述^{【1】【2】}

纳米ZnO是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，使得纳米氧化锌产生了其本体块状材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因此，纳米氧化锌在磁、光、电、化学、物理学、敏感性等方面具有一般氧化锌产品无法比拟的特殊性能和新用途，在橡胶、涂料、油墨、催化剂、高档化妆品以及医药等领域展示出广阔的应用前景。

纳米氧化锌（ZnO）是一种用途广泛的多功能材料，其紫外（UV）吸收的性质可应用于化妆品和纺织品；光致发光（PL）的性质可应用于激光器和生物荧光标记；光催化性质可应用于降解有机物和光解水。作为一种直接带隙半导体，ZnO 的禁带宽度约为 3.36eV，激子结合能为 60meV（均为室温条件），这赋予了 ZnO 在室温条件下强的激子发光。

ZnO 有3 种晶体结构，包括常温条件稳定六方纤锌矿结构、高温条件存在的立方闪锌矿结构和高压条件存在的岩盐矿结构。通常，ZnO 为六方纤锌矿结构，其非中心对称的晶体结构使其不仅具有压电性质，而且容易通过控制生长方向来获得各种形貌 。目前，已制备出颗粒状、线状、棒状、管状、螺旋状、花状、四针状、片状、三维有序结构和多孔结构的ZnO。

理化性能^【3】

纳米级氧化锌，是当前应用前景较为广泛的高功能无机材料，由于颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，表面分子排布、电子结构和晶体结构都发生变化，由于粒子尺寸小，比表面积大，具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，从而具有一系列优异的物理、化学、表面和界面性质，在磁、光、电、催化等。纳米ZnO是由于其颗粒尺寸的细微化，比表面积急剧增加，表面分子排布、电子结构和晶体结构都发生变化，在磁、光、电、催化等方面具有一般ZnO所无法比拟的特殊性能和用途，由它构成的二维薄膜和三维固体也不同于常规薄膜和块状固体材料。

用途^【4】

氧化锌的用途很广，一可作为天然橡胶、合成橡胶及胶乳的硫化活性剂、补强剂以及着色剂。纳米氧化锌由于颗粒细、比表面积大，更能增强硫化橡胶的物理性能。二可作催化剂、脱硫剂。纳米氧化锌的表面高活性可以提高催化剂的选择性能和催化效率。三可作为涂料的填料防腐剂和发光剂。纳米氧化锌优异的紫外线遮蔽能力，除上述性能外，使其在涂料的抗老化等方面具有更为突出的特性。

四可作为玻璃和陶瓷的助熔剂。纳米氧化锌由于颗粒细、活性高，可以降低玻璃和陶瓷的烧结温度。此外，利用纳米氧化锌制备的陶瓷釉面更加光洁，而且具有抗菌、防霉、除臭等功效。五在电子工业中是压敏电阻的主原料，也是磁性、光学等材料的主要添加剂。采用纳米氧化锌制备压敏电阻，不仅具有较低的烧结温度，而且压敏电阻性能得到提高，如通流能力、非线性系数等。纳米氧化锌在光学器件中的应用将随着纳米氧化锌光学性能的深入研究会取得比较大的突破。另外，还可在印染工业中作为防染剂等。

工艺开发^【5】

超细粉体的合成方法可分为粉碎法与造粒法或干法与湿法，物理法与化学法。物理方法是将常规的粉体经机械粉碎、球磨而制得。其特点是方法简单，但产品纯度较低，颗粒分布不均匀。化学方法是从原子或分子成核，生成纳米级的超微细粒子，合成途径有两种：一是在控制条件下从原子或分子成核，生长或化合凝聚成具有一定尺寸和形状的粒子；二是采用特殊的粉碎技术将普通级别的氧化锌粉碎至超细。

目前开发的主要是气流粉碎技术。此法易引入杂质，且能耗大。化学法可以得到超细粉，它又可分为固相法、液相法和气相法。常用的合成超细ZnO的方法有CVD、喷雾法、醇盐水解法、直接沉淀法和均匀沉淀法等。纳米氧化锌的制备方法很多，按研究的学科可分物理法、化学法和物理化学法；按照物质的原始状态又可分为固相法、液相法和气相法。

物理制备法是指采用光、电技术使材料在真空或惰性气体中蒸发，然后使原子或分子形成纳米微粒；或用球磨、喷雾等以力学过程为主获得纳米微粒的制备方法。物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电点火花爆炸等技术将普通级别的氧化锌粉碎至超细。

化学制备法各组分的含量可精确控制，并可实现分子、原子水平上的均匀混合，通过工艺条件的控制可获得粒度分布均匀、形状可控的纳米微粒材料。因此它是目前采用最多的一种方法，纳米氧化锌的制备也不例外。化学制备法又可分为化学沉淀法、化学气相沉积法、水解法、热分解法、微乳液法、溶胶凝胶法、溶剂蒸发法等多种方法。

参考文献

[1]关淑霞，刘继伟，张志秋编；陈慧娟审,分析化学实验（含综合与设计部分）,石油工业出版社,2015.08,第147页

[2]陈枭,石倩,杨乐,邱瑜,孙奇,雷华.纳米氧化锌表面修饰及其应用研究进展[J].化工进展,2018,37(02):621-627.

[3]汪多仁编著,绿色化工助剂,科学技术文献出版社,2006年01月第1版,第162页

[4]王杏，魏唯濂，魏绍东著,纳米二氧化钛的生产与应用,贵州科技出版社,2014.07,第51页

[5]关淑霞，刘继伟，张志秋编；陈慧娟审,分析化学实验（含综合与设计部分）,石油工业出版社,2015.08,第147页